高掺铒硅基氧化钽脊形光波导

首次提出了采用Er-Ta共溅、高温退火的方法,在硅基二氧化硅表面制备高掺铒氧化钽（Er:Ta2O5）薄膜。利用棱镜耦合仪分析了铒掺杂浓度对Er:Ta2O5薄膜的折射率的影响,结果表明:Er:Ta2O5薄膜的折射率随着Er掺杂浓度的增加而略微降低,且所制备的薄膜没有明显的各向异性。在此基础上,成功制备出Er掺杂浓度分别为0、2.5、5、7.5 mol%的硅基Er:Ta2O5脊形波导,波导在1 550 nm波段可实现单模传输,通过截断法得到波导在1 600 nm波长处的传输损耗分别为0.6、1.1、2.5、5.0 dB/cm。在所制备的Er:Ta2O5薄膜中,尽管没有发现Er2O3结晶析出,但薄膜中的Er3+会影响Ta2O5晶体的结晶程度,进而增加波导的传输损耗。最终文中制备的掺杂浓度为2.5 mol%的硅基Er:Ta2O5脊形波导通过980 nm激光泵浦,在1 531 nm信号波长下达到了3.1 dB/cm的净增益。     

聚合物脊形光波导设计

用5层非对称平面波导理论和等效折射率法(ERIM)分析了金属电极对聚合物脊形光波导横向模式特性及其传输损耗的影响。计算结果表明：在工作波长1．55μm波段,当常规脊形光波导的芯层厚度大于0．8μm、包层厚度大于3．0μm时,才能保证传输损耗的理论极限小于0．1dB／cm;当脊波导刻蚀深度为0.l一0．2μm、对应脊波导宽度为7—5μm时,可满足脊波导横向单模传输。     

硅基SiO2光波导

在硅基上通过氢氧焰淀积的SiO2,厚度达到了20μm;通过掺Ge增加芯层的折射率,折射率比小于1%,并可调;用反应离子刻蚀工艺对波导的芯层进行刻蚀,刻蚀深度为6μm,刻蚀深宽比大于10;波导传输损耗小于0.6dB/cm(λ=1.55μm),并对波导的损耗机理和测试进行了分析与研究.另外,为实现光纤与波导的耦合,结合微电子机械系统技术,在波导基片上制作了光纤对准V形槽.     

聚合物复合薄膜DR13/PMMA的制备及其光学特性

薄膜的厚度、折射率和传输损耗等参数在电光系数的确定和光波导器件的设计和制作过程中都是重要的参考数据。采用旋涂法制备了三种不同质量比的偶氮化合物染料分散红13(DR13)与聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合薄膜;利用分光光度计测量样品的吸收光谱;利用棱镜耦合仪测量了薄膜的厚度和折射率,并对不同波长下的折射率进行拟合得到折射率色散曲线;采用视频摄像技术研究样品的光传输特性,利用自己编写的计算机程序来处理其实验结果。DR13/PMMA复合薄膜在300nm和500nm处有两个大的吸收峰,而在其他波段,尤其是在通信波段没有明显吸收。薄膜的膜厚大约为1~2μm,其折射率随着质量比的增加而增大,随着激光波长的增大而降低,膜厚和折射率的误差分别为3.2×10-1μm和1.5×10-3。三种质量比(10%,15%和20%)的薄膜传输损耗分别为1.5269dB/cm,2.7601dB/cm和3.6291dB/cm,可以看出随着DR13质量比的增大,光传输损耗也逐渐增大,即DR13的含量对于传输损耗的影响较大。     

中红外4 μm波长下MgF2晶体脊形光波导的制备及特性研究（特邀）

为了研究离子与中红外晶体相互作用的机理,探索中红外晶体光波导的制备和性能,采用离子辐照技术结合精密金刚石刀切割,在MgF₂晶体材料中制备了深度17.5 μm、宽度14 μm的脊形光波导。采用SRIM软件模拟了C5+离子辐照MgF₂晶体的电子能量损伤和核能量损伤的过程,分析了波导的形成机理;模拟了波导的折射率变化,并对波导的近场模式进行了实验测量和理论模拟;采用热退火处理来降低波导的传输损耗,将传输损耗降低为0.4 dB/cm;微拉曼光谱证明离子辐照过程并未对MgF₂晶体波导区造成较大的晶格损伤。该工作表明,离子辐照技术结合划片机精密切割是一种十分成熟的脊形波导制备手段,制备的MgF₂晶体脊形光波导在中红外集成光学和光通讯领域具有广泛的应用前景。     

高增益、低DMG少模掺铒光纤及其放大性能研究

空分复用技术是大幅提高单根光纤数据传输容量的重要技术之一。对于长距离模分复用传输系统而言，少模掺铒光纤放大器是补偿光纤传输损耗必不可少的器件。因此，在少模掺铒光纤支持的所有模式中获得均衡增益至关重要，高差分模态增益会降低系统的传输性能。本文通过改进的化学气相沉积技术制备了18μm/124μm少模掺铒光纤，实验演示了基于该光纤的两模掺铒光纤放大器。当使用LP_11b模式泵浦时，该放大器所支持的LP₀₁和LP_11a模式可以在1535～1560 nm波段获得19.4 dB以上的增益，差分模态增益最大为0.66 dB。     

聚酰亚胺/银红外空芯波导的研制

设计并制备了一种新型的聚酰亚胺/银空芯波导，其实验工作的重点是聚酰亚胺薄膜的制备。采用改进的液相工艺，我们在石英毛细管内制备了表面光滑均一的银膜，然后，再将近折射率非常接近理论最佳值（√2）的聚酰腚胺膜涂覆在银管内。通过控制聚酰亚胺膜的厚度，可以对银空芯波导在特定的波长处有降低损耗的作用，除了6-9μm处的基因吸收外，这种空芯波导在中红外区域的损耗都很小。在10.6μm波长处的损耗为0.4dB/m，传输能量为10w时，可以稳定传输20min以上，基本上可以满足CO2激光在医疗中的应用。     

As2S8平面波导：退火-光照-退火循环作用下折射率的变化及光传输特性

蒸发沉积态的非晶半导体As2S8薄膜在退火-饱和光照-退火循环处理下,其折射率变化存在可逆。而对于在退火-非饱和光照-退火的连续处理,发现As2S8薄膜折射率先增加达到最大值,然后在退火作用下才出现可逆。退火处理引起S-S键态变化,导致非晶半导体As2S8薄膜结构达到一定稳定状态,伴随着薄膜厚度的减小。As2S8平面波导在130C 温度退火,然饱和光照,又经过130C 温度退火处理后,显示出约为0.27 dB/cm低的传输损耗,在波长632.8 nm导模下有良好的光传输性能。     

利用有机-无机溶胶-凝胶方法制备平面波导环形谐振腔

采用简单的有机-无机混合的溶胶-凝胶方法制备了折射率在一定范围内可调的波导材料,并利用其制备了平面波导环形谐振腔器件。波导结构呈现倒脊形,其制备工艺首先是利用感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP)在二氧化硅衬底上刻蚀波导结构的凹槽,然后再沉积波导薄膜。利用光谱仪对器件的传输特性进行了测量,观测到具有10 dB对比度,自由光谱范围0.182 nm周期性谐振现象,结合环形谐振腔的传输特性,得到环形腔具有较低的传输损耗1.7 dB/cm。同时对环形谐振腔的温度特性进行了测量,得出波导材料的热光系数为-1.54×10-4/℃。     

中频溅射技术沉积镱铒共掺Al2O3薄膜光致发光

用中频孪生靶溅射法在硅片上制备了镱铒共掺氧化铝薄膜(2 cm×2 cm),在室温下检测到薄膜的位于1 535 nm的很强的光致发光光谱(PL),讨论了泵浦功率、镱铒共掺比例、退火温度对光致发光光谱强度的影响.扫描电镜(SEM)观察分析表明,中频孪生靶溅射法沉积的薄膜致密、均匀、光学缺陷少.实验结果表明镱铒共掺薄膜的荧光强度不随泵浦功率的增加而饱和,最佳的镱铒共掺杂比例9∶1,最佳退火温度850 ℃,对各种实验结果给出了理论的解释.     

掺铒平面光波放大器材料

掺铒平面光波导放大器对工作波长1.5 μm的集成光有广泛的应用.这些器件具有增益高、抽运阈值低、器件尺寸小等优点.目前用于光波导放大器的掺铒材料有四类:氧化物薄膜(Al2O3)、有机物、硅和玻璃等. 最小的放大器(1 mm2)用Al2O3的沟道波导,抽运功率10 mW,输出增益为2.3 dB.在此类材料中,增益受激活离子Er之间的上转换限制.使用不同的方法,相同的铒离子浓度,Y2O3中的上转换效应完全不同.Eu共掺降低了上转换的影响,使增益增加.在SiO2中用Yb或Si量子点增加了抽运效率.制作4.1 dB/cm的增益光放大器成为最佳光纤通讯网络组件.铒离子掺入有机化合物中形成波导,在1.5 μm的发射带宽为70 nm,荧光寿命长,有的达17 ms敏化.可增加激发效率.纳米结构材料可克服浓度淬灭. 硅是1.5 μm非常好的波导材料,很有希望制作电抽运光放大器.掺铒硅单晶中观察到1.5 μm荧光,但在室温下,后向传输产生强烈的浓度淬灭.使用纳米技术制作的Si,可制作小尺寸光子晶体波导. 磷酸盐玻璃是制作高增益光波导放大器的理想材料,荧光寿命较长,受激发射截面大.采用离子交换法制作的波导净增益高,损耗低,制作成本低.(PD2)     

掺铒对激光烧蚀制备纳米硅晶薄膜形貌的影响

在2×10-4 Pa真空下，采用XeCl准分子激光器(波长308 nm)，调整激光单脉冲能量密度为3 J/cm2，交替烧蚀高纯单晶硅(Si)靶和铒(Er)靶，通过调整辐照两靶的激光脉冲个数比来控制掺Er浓度，分别在Si衬底和石英衬底上制备了掺Er非晶Si薄膜。在N2气保护下经高温热退火实现纳米晶化，退火时间为30 min。采用扫描电子显微镜(SEM)观察所得到的样品的表面形貌显示，铒掺杂影响着薄膜的表面形貌，与不掺Er情况相比，掺入适量的Er可以在较低的退火温度下得到晶粒尺寸分布更均匀的薄膜;拉曼谱的测量结果表明，在相同的退火温度下，Er的掺入有利于晶粒的长大，但同时降低了薄膜的晶化度，掺Er非晶Si薄膜要实现完全晶化需要更高的退火温度。     

用于光互连的聚硅氧烷脊型光波导研究

采用软成型和图案转移技术,制备了可用于高速芯片间光互连的大尺寸聚硅氧烷脊型光波导,光波导长度达23cm.利用有效折射率法,对芯层残留层和传输模场的关系进行了分析.采用截断和数字化散射两种方法,测得输入光波长为633nm时的平均传输损耗小于0.14dB/cm.研究结果表明,波导的长度和损耗指标满足高速芯片间光互连的要求.     

飞秒激光在掺Yb~(3+)磷酸盐玻璃中刻写双线型光波导的研究

利用重复频率为50 k Hz,中心波长为790 nm,脉冲宽度为140 fs的飞秒激光脉冲在掺Yb3+磷酸盐玻璃中刻写双线型光波导。研究了双线间距,激光脉冲能量和刻写速度对波导形成的影响,并测试了不同刻写参数下波导的导光模式。实验结果表明,在双线间距为35μm,激光脉冲能量为1.0μJ,刻写速度为600μm/s的条件下写入的光波导导光性能最优;利用近场模式重建了激光诱导该波导的折射率二维分布,波导区域相对于基质的最大折射率改变为1.5×10-4,并利用散射法测试了波导的传输损耗,传输损耗为1.56 d B/cm。发现了波导具有偏振导光现象,偏振态平行于双线方向的激光可以导通,偏振态垂直于双线方向的激光不能导通。     

超宽带、高增益、低噪声L-band扩展掺铒光纤及其放大性能研究

报道了一种采用改进化学气相沉积(Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD)技术制备的L-band扩展掺铒光纤。实验测试了该掺铒光纤的基本光学参数及其宽带放大性能,其数值孔径为0.2,在980 nm处的吸收系数为11.04 dB/m,在1535 nm处的吸收系数为38.8 dB/m,在1200 nm处的背景损耗为15 dB/km。采用两级放大结构测试该掺铒光纤的L-band放大性能,其中第一级铒纤长度为11 m,第二级铒纤长度为25 m。当输入信号范围为1570～1622 nm,输入信号的功率为-1 dBm时,在980 nm半导体激光器泵浦下20 dB增益带宽长波段可扩展到1622 nm,最大噪声指数为5.3 dB,饱和输出功率为24.5 dBm。     

聚合物光波导放大器材料的光学参数及器件制备

使用甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甲基丙稀酸环氧丙酯(GMA)共聚,并加入双酚A环氧脂(bis-phenol-A-epoxy)来调节折射率,制备了无源波导材料.使用铒的配合物ErYb(DBM) 2M和MMA、GMA共聚,再加入双酚A环氧树脂调节折射率,制备了用于光波导放大器有源波导料使用椭偏仪对无源和有源的聚合物薄膜的折射率、消光系数和厚度进行了测量.无源的聚物折射率随着环氧树脂含量的增加而线性增加.铒的配合物共聚进聚合物基质中使1.55 μm波段折射率和消光系数增加.无源和有源波导材料的折射率可调节范围在大约在1.48～1.53厚度可调节范围大约在1～6 μm.用有源聚合物材料作芯层、无源聚合物材料作包层,制备了1.55 μm单模有源波导,并得到了圆形的近场光斑.     

1．55μm高效掺铒光纤放大器

本文介绍了1．55μm波段由1．48μm泵浦波长泵浦的掺铒光纤放大器的结构和性能。解释了模场直径调节技术对降低掺铒光纤及其连接光纤之间拼接损耗的重要性。在70mW泵浦功率的情况下可实现＞38dB小信号增益，15dBm饱和输出功率（－3dB增益压缩），75％功率变换效率和5dB噪声系数。     

激光直写技术制备SiO2-TiO2条形光波导工艺研究

为了研究激光直写技术在光波导制备中的应用,采用波长为1.07μm的连续光纤激光器制备了硅基SiO2-TiO2条形光波导。探讨了激光直写技术制备条形光波导的原理,研究了激光参数对条形光波导宽度的影响,最后测试了光波导的通光模场以及光传输损耗。结果表明,条形光波导的宽度随着激光功率密度的增加而增大。当激光扫描速率在0.1mm/s~1mm/s范围内变化时,条形光波导的宽度随着激光扫描速率的增加而降低;高于1mm/s时对波导宽度无明显影响。在优化的工艺参数下,激光直写得到的条形波导的厚度约为0.4μm,宽度为120μm,整条波导非常均匀、准直性很好,对于1550nm波长的光呈多模传输,最小传输损耗为1.7dB/cm。     

非晶态As2S8半导体薄膜波导的热处理效应

研究了非晶态As2S8半导体薄膜在热作用下的结构变化效应.采用棱镜耦合技术、喇曼光谱测试技术,确认了As2S8薄膜经热处理后,薄膜密度增高和折射率增大的现象.实验表明,淀积态非晶As2S8半导体薄膜经紫外光饱和照射后,再经退火处理,当光折变在退火温度不低于160℃时,出现不完全可逆现象,可逆程度跟退火温度有关.实验显示,退火态非晶As2S8半导体薄膜在玻璃转化温度130℃时退火处理,光折变存在完全可逆现象.光传输实验显示,热处理后的非晶态As2S8半导体薄膜波导,其传输损耗减小了约4dB/cm.     

非晶态As2S8半导体薄膜波导的热处理效应

研究了非晶态As2S8半导体薄膜在热作用下的结构变化效应.采用棱镜耦合技术、喇曼光谱测试技术,确认了As2S8薄膜经热处理后,薄膜密度增高和折射率增大的现象.实验表明,淀积态非晶As2S8半导体薄膜经紫外光饱和照射后,再经退火处理,当光折变在退火温度不低于160℃时,出现不完全可逆现象,可逆程度跟退火温度有关.实验显示,退火态非晶As2S8半导体薄膜在玻璃转化温度130℃时退火处理,光折变存在完全可逆现象.光传输实验显示,热处理后的非晶态As2S8半导体薄膜波导,其传输损耗减小了约4dB/cm.